Nie ma formalnej definicji usługi. Można uznać, że odnosi się ona do wysokich kosztów wymiany zaworu lub warunków pracy, które zmniejszają zdolność przetwarzania.
Globalna potrzeba obniżenia kosztów produkcji procesowej w celu poprawy rentowności wszystkich sektorów zaangażowanych w trudne warunki obsługi. Obejmują one sektory od ropy naftowej i gazu, petrochemii po energetykę jądrową i wytwarzanie energii, przetwórstwo minerałów i górnictwo.
Projektanci i inżynierowie próbują osiągnąć ten cel na różne sposoby. Najbardziej odpowiednią metodą jest zwiększenie czasu sprawności i wydajności poprzez skuteczne kontrolowanie parametrów procesu (takich jak skuteczne wyłączanie i zoptymalizowana kontrola przepływu).
Optymalizacja bezpieczeństwa odgrywa również istotną rolę, ponieważ zmniejszenie liczby wymian może prowadzić do bezpieczniejszego środowiska produkcyjnego. Ponadto firma pracuje nad zmniejszeniem zapasów sprzętu (w tym pomp i zaworów) i wymaganej utylizacji. Jednocześnie właściciele obiektów oczekują ogromnej rotacji aktywów. Dlatego zwiększona zdolność przetwarzania spowoduje zmniejszenie liczby rur i sprzętu (ale o większej średnicy) oraz zmniejszenie liczby instrumentów dla tego samego strumienia produktów.
Pokazuje to, że oprócz konieczności stosowania większych pojedynczych komponentów systemu w przypadku rur o większej średnicy, konieczne jest również wystawienie ich na długotrwałe działanie trudnych warunków, aby ograniczyć wymagania dotyczące konserwacji i wymiany w trakcie eksploatacji.
Komponenty, w tym zawory i kule zaworowe, muszą być wytrzymałe, aby pasowały do pożądanego zastosowania, ale mogą również wydłużyć ich żywotność. Jednak głównym problemem w większości zastosowań jest to, że części metalowe osiągnęły swoje granice wydajności. Oznacza to, że projektanci mogą znaleźć alternatywy dla materiałów niemetalowych w wymagających zastosowaniach, zwłaszcza materiałów ceramicznych.
Typowe parametry wymagane do eksploatacji podzespołów w trudnych warunkach obejmują odporność na szok termiczny, odporność na korozję, odporność na zmęczenie, twardość, wytrzymałość i odporność na obciążenia dynamiczne.
Odporność jest kluczowym parametrem, ponieważ komponenty, które są mniej odporne, mogą ulec katastrofalnej awarii. Wytrzymałość materiałów ceramicznych jest definiowana jako odporność na rozprzestrzenianie się pęknięć. W niektórych przypadkach można ją zmierzyć za pomocą metody wciskania, aby uzyskać sztucznie zawyżoną wartość. Zastosowanie jednostronnej belki nacinającej może zapewnić dokładne wyniki pomiaru.
Wytrzymałość jest związana z wytrzymałością, ale odnosi się do pojedynczego punktu, w którym materiał ulega katastrofalnemu uszkodzeniu po przyłożeniu naprężenia. Jest powszechnie określany jako „moduł zerwania” i jest uzyskiwany poprzez pomiar wytrzymałości na zginanie w trzech lub czterech punktach na pręcie testowym. Wartość testu w trzech punktach jest o 1% wyższa niż wartość testu w czterech punktach.
Chociaż do pomiaru twardości można użyć wielu skal, w tym twardościomierza Rockwella i twardościomierza Vickersa, skala mikrotwardości Vickersa jest bardzo odpowiednia dla zaawansowanych materiałów ceramicznych. Twardość zmienia się proporcjonalnie do odporności materiału na zużycie.
W zaworach pracujących w sposób cykliczny zmęczenie jest głównym problemem ze względu na ciągłe otwieranie i zamykanie zaworu. Zmęczenie jest progiem wytrzymałości. Po przekroczeniu tego progu materiał ma tendencję do załamywania się poniżej swojej normalnej wytrzymałości na zginanie.
Odporność na korozję zależy od środowiska pracy i medium zawierającego materiał. Oprócz „degradacji hydrotermalnej” wiele zaawansowanych materiałów ceramicznych jest lepszych od metali w tej dziedzinie, a niektóre materiały na bazie cyrkonii ulegną „degradacji hydrotermalnej” po wystawieniu na działanie pary o wysokiej temperaturze.
Geometria, współczynnik rozszerzalności cieplnej, przewodnictwo cieplne, wytrzymałość i wytrzymałość komponentów są dotknięte szokiem termicznym. Obszar ten sprzyja wysokiej przewodności cieplnej i wytrzymałości, dzięki czemu komponenty metalowe mogą działać skutecznie. Jednak postęp w materiałach ceramicznych zapewnia obecnie akceptowalne poziomy odporności na szok termiczny.
Zaawansowana ceramika jest stosowana od wielu lat i cieszy się popularnością wśród inżynierów ds. niezawodności, inżynierów zakładów i projektantów zaworów, którzy wymagają wysokiej wydajności i wysokiej wartości. Zgodnie ze specyficznymi wymaganiami aplikacji nadaje się do różnych formulacji w różnych branżach. Jednak cztery zaawansowane ceramiki mają duże znaczenie w dziedzinie rygorystycznej konserwacji zaworów, w tym węglik krzemu (SiC), azotek krzemu (Si3N4), tlenek glinu i cyrkonia. Materiały zaworu i kuli zaworu są wybierane zgodnie ze specyficznymi wymaganiami aplikacji.
Zawór wykorzystuje dwie główne formy cyrkonii, które mają taki sam współczynnik rozszerzalności cieplnej i sztywność jak stal. Częściowo stabilizowana cyrkonia tlenku magnezu (Mg-PSZ) ma najwyższą odporność na szok termiczny i wytrzymałość, podczas gdy tetragonalna cyrkonia polikrystaliczna yttria (Y-TZP) jest twardsza, ale podatna na degradację hydrotermalną.
Azotek krzemu (Si3N4) ma różne formuły. Azotek krzemu spiekany pod ciśnieniem gazu (GPPSN) jest najczęściej używanym materiałem do zaworów i elementów zaworów. Oprócz średniej wytrzymałości, ma również wysoką twardość i wytrzymałość, doskonałą odporność na szok termiczny i stabilność termiczną. Ponadto w środowiskach pary o wysokiej temperaturze Si3N4 może zastąpić cyrkonię, aby zapobiec degradacji hydrotermalnej.
Przy bardziej ograniczonym budżecie koncentrator może wybierać spośród SiC lub tlenku glinu. Oba materiały mają wysoką twardość, ale nie są twardsze niż cyrkonia lub azotek krzemu. Pokazuje to, że materiał ten jest bardzo odpowiedni do zastosowań w elementach statycznych, takich jak tuleje zaworów i gniazda zaworów, a nie do kul zaworów lub tarcz, które są narażone na większe naprężenia.
W porównaniu z materiałami metalowymi stosowanymi w wymagających zastosowaniach zaworowych (w tym ferrochromem (CrFe), węglikiem wolframu, Hastelloyem i Stellitem), zaawansowane materiały ceramiczne charakteryzują się niższą wytrzymałością przy podobnej wytrzymałości.
Wymagające zastosowania serwisowe obejmują stosowanie zaworów obrotowych, takich jak zawory motylkowe, czopy, pływające zawory kulowe i sprężyny. W takich zastosowaniach Si3N4 i cyrkonia mają odporność na szok termiczny, wytrzymałość i wytrzymałość oraz mogą dostosować się do najbardziej wymagających środowisk. Ze względu na twardość i odporność na korozję materiału, żywotność komponentu jest kilkakrotnie dłuższa niż żywotność komponentu metalowego. Inne korzyści obejmują charakterystyki wydajnościowe przez cały okres użytkowania zaworu, szczególnie w obszarach, w których zachowane są możliwości odcięcia i sterowania.
Zostało to zademonstrowane w przypadku 65 mm (2,6 cala) zaworu z kulą i tuleją kynar/RTFE wystawionych na działanie 98% kwasu siarkowego plus ilmenitu, przy czym ilmenit został przekształcony w pigment tlenku tytanu. Korozyjna natura medium oznacza, że żywotność tych komponentów może wynosić nawet sześć tygodni. Jednak zastosowanie sferycznego wykończenia zaworu (zastrzeżony tlenek magnezu częściowo stabilizowany cyrkonią (Mg-PSZ)) wyprodukowanego przez Nilcra™ (rysunek 1) ma doskonałą twardość i odporność na korozję i jest dostarczane od trzech lat. Przerywana praca, bez żadnego wykrywalnego zużycia i rozdarcia.
W zaworach liniowych (w tym zaworach kątowych, przepustnicach lub zaworach kulowych) ze względu na „twarde gniazdo” tych produktów, cyrkonia i azotek krzemu nadają się zarówno do czopów zaworowych, jak i gniazd zaworów. Podobnie, tlenek glinu może być stosowany w niektórych wykładzinach i klatkach. Poprzez pasującą kulkę na pierścieniu gniazda można uzyskać wysoki stopień uszczelnienia.
W przypadku rdzenia zaworu, w tym zaworu suwakowego, wlotu i wylotu lub tulei korpusu zaworu, można użyć dowolnego z czterech głównych materiałów ceramicznych zgodnie z wymaganiami zastosowania. Wysoka twardość i odporność na korozję materiału okazały się korzystne pod względem wydajności produktu i żywotności.
Weźmy na przykład zawór motylkowy DN150 używany w australijskiej rafinerii boksytu. Wysoka zawartość krzemionki w medium powoduje wysoki poziom zużycia tulei zaworowych. Początkowo używana tuleja i tarcza zaworowa były wykonane ze stopu 28% CrFe i wytrzymywały tylko osiem do dziesięciu tygodni. Jednak dzięki wprowadzeniu zaworów wykonanych z cyrkonii Nilcra™ (rysunek 2) żywotność wzrosła do 70 tygodni.
Ze względu na swoją wytrzymałość i wytrzymałość ceramika sprawdza się w większości zastosowań zaworów. Jednak to jej twardość i odporność na korozję pomagają wydłużyć żywotność zaworu. Z kolei to zmniejsza koszt całego cyklu życia poprzez redukcję przestojów na części zamienne, zmniejszenie kapitału obrotowego i zapasów, minimalną obsługę ręczną i poprawę bezpieczeństwa poprzez zmniejszenie wycieków.
Przez długi czas stosowanie materiałów ceramicznych w zaworach wysokociśnieniowych było jednym z głównych problemów, ponieważ zawory te są narażone na wysokie obciążenia osiowe lub skrętne. Jednak główni gracze w tej dziedzinie opracowują projekty kul zaworów, które poprawiają przeżywalność momentu napędowego.
Innym głównym ograniczeniem jest rozmiar. Rozmiar największego gniazda zaworu i największej kuli zaworu (rysunek 3) wyprodukowanych z cyrkonii częściowo stabilizowanej magnezją wynosi odpowiednio DN500 i DN250. Jednak większość obecnych projektantów woli używać ceramiki do produkcji części, których wymiary nie przekraczają tych wymiarów.
Chociaż materiały ceramiczne okazały się obecnie odpowiednim wyborem, nadal istnieje kilka prostych wytycznych, których należy przestrzegać, aby zmaksymalizować ich wydajność. Materiały ceramiczne należy stosować w pierwszej kolejności tylko wtedy, gdy zachodzi potrzeba obniżenia kosztów. Zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz należy unikać ostrych narożników i koncentracji naprężeń.
W fazie projektowania należy wziąć pod uwagę wszelkie potencjalne niedopasowanie rozszerzalności cieplnej. Aby zmniejszyć naprężenie obręczy, konieczne jest utrzymanie ceramiki na zewnątrz, a nie wewnątrz. Na koniec należy dokładnie rozważyć potrzebę tolerancji geometrycznych i wykończenia powierzchni, ponieważ tolerancje te mogą znacznie zwiększyć niepotrzebne koszty.
Dzięki przestrzeganiu tych wytycznych i najlepszych praktyk przy doborze materiałów oraz współpracy z dostawcami od samego początku projektu możliwe jest osiągnięcie idealnego rozwiązania dla każdego wymagającego zastosowania usługowego.
Informacje te zostały uzyskane, sprawdzone i dostosowane na podstawie materiałów udostępnionych przez Morgan Advanced Materials.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. (28 listopada 2019). Zaawansowane materiały ceramiczne odpowiednie do poważnych zastosowań usługowych. AZoM. Pobrano z https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305 26 maja 2021.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Zaawansowane materiały ceramiczne do poważnych zastosowań usługowych”. AZoM. 26 maja 2021 r.
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. „Advanced ceramic materials for serious service applications”. AZoM. https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305. (Dostęp 26 maja 2021).
Morgan Advanced Materials-Technical Ceramics. 2019. Zaawansowane materiały ceramiczne odpowiednie do poważnych zastosowań usługowych. AZoM, wyświetlono 26 maja 2021 r., https://www.azom.com/article.aspx? ArticleID = 12305.
AZoM rozmawiał z profesorami nadzwyczajnymi Ardą Gozen, George’em i Joan Berry z Washington State University. Arda jest częścią zespołu wielu instytucji poświęconych tworzeniu rusztowań z modyfikowanych tkanek poprzez imitację cech tkanek ludzkich.
W tym wywiadzie AZoM rozmawiał z dr Timem Nunneyem i dr Adamem Bushellem z Thermo Fisher Scientific na temat systemu analizy powierzchni Nexsa G2.
W wywiadzie AZoM i dr Juan Araneda, szef chemii stosowanej w Nanalysis, rozmawiali o coraz powszechniejszym stosowaniu i użyteczności NMR oraz o tym, w jaki sposób można wspomóc analizę złóż litu.
Spektrometr wyładowań jarzeniowych GDS850 firmy Leco może być używany do analizy różnych materiałów metalurgicznych. Zapewnia również ilościowe profilowanie głębokości materiału. Ma zakres 120–800 nm i jest wszechstronny.
Tokarki Hardinge® serii T i SUPER-PRECISION® serii T to uznane za lidery rynku w zastosowaniach wymagających ultraprecyzji i toczenia na twardo.
Używamy plików cookie, aby poprawić Twoje doświadczenia. Kontynuując przeglądanie tej witryny, zgadzasz się na używanie przez nas plików cookie. Więcej informacji.
Czas publikacji: 26-05-2021
